I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno sviluppato un modo per colmare le lacune nei fili troppo piccoli anche per il più piccolo saldatore al mondo.

Guidati dal professore di ingegneria elettrica e informatica Joseph Lyding e dallo studente laureato Jae Won Do, il team dell'Illinois ha pubblicato i suoi risultati sulla rivista Nano lettere .

I nanotubi di carbonio sono come minuscoli fili cavi di carbonio dello spessore di appena 1 atomo, simili al grafene ma cilindrici. I ricercatori hanno esplorato l'utilizzo come transistor invece del silicio tradizionale, perché i nanotubi di carbonio sono più facili da trasportare su substrati alternativi, come sottili fogli di plastica, per elettronica flessibile a basso costo o display a schermo piatto.

Gli stessi nanotubi di carbonio sono conduttori di alta qualità, ma creare singole valvole adatte a fungere da transistor è molto difficile. Gli array di nanotubi sono molto più facili da realizzare, ma la corrente deve saltare attraverso giunzioni da un nanotubo all'altro, rallentandolo. Nei cavi elettrici standard, tali giunzioni sarebbero saldate, ma come colmare le lacune su una scala così piccola?

"Mi è venuto in mente che queste giunzioni di nanotubi si surriscaldano quando passi la corrente attraverso di esse, " disse Lyding, "un po' come un cablaggio difettoso in una casa può creare punti caldi. Nel nostro caso, usiamo questi punti caldi per innescare una reazione chimica locale che deposita metallo che nano-salda le giunzioni".

Il gruppo di Lyding ha collaborato con Eric Pop, professore a contratto di ingegneria elettrica e informatica, e John Rogers, Swanlund professore di scienza e ingegneria dei materiali, esperti di sintesi e trasferimento di nanotubi di carbonio, così come il professore di chimica Greg Girolami. Girolami è un esperto in un processo che utilizza i gas per depositare metalli su una superficie, chiamato deposizione chimica da vapore (CVD).

Il processo di nano-saldatura è semplice e autoregolante. Un array di nanotubi di carbonio viene posizionato in una camera pompata piena di molecole di gas contenenti metallo. Quando una corrente passa attraverso il transistor, le giunzioni si riscaldano a causa della resistenza mentre gli elettroni fluiscono da un nanotubo all'altro. Le molecole reagiscono al calore, depositando il metallo nei punti caldi e "saldando" efficacemente le giunzioni. Poi la resistenza cala, così come la temperatura, quindi la reazione si ferma.

La nano-saldatura richiede solo pochi secondi e migliora le prestazioni del dispositivo di un ordine di grandezza, quasi al livello dei dispositivi realizzati con singoli nanotubi, ma molto più facile da produrre su larga scala.

"Sarebbe facile inserire il processo CVD nei flussi di processo esistenti, " Lyding ha detto. "La tecnologia CVD è disponibile in commercio in serie. Le persone possono fabbricare questi transistor con la capacità di accenderli in modo che questo processo possa essere eseguito. Quindi, quando è finito, possono finire il cablaggio e collegarli ai circuiti. In definitiva sarebbe una procedura a basso costo".

Ora, il gruppo sta lavorando per perfezionare il processo.

"Pensiamo di poterlo rendere ancora migliore, " disse Lyding. "Questo è il preludio, speriamo, ma in realtà è piuttosto significativo."